買買提力·艾尼瓦爾

(新疆頭屯河流域管理局水利管理中心，新疆 昌吉 831100)

水利工程作為我國的基礎性工程，為我國社會經(jīng)濟的發(fā)展做出了重要貢獻。近幾年，我國在水利工程發(fā)展過程中，為促進我國水利工程的發(fā)展，在投入了大量的資金的同時引入了多項新技術[1-3]。其中，遠程監(jiān)控技術便是水利工程的新技術之一。遠程監(jiān)控技術的引入，可以實現(xiàn)對河道、水庫水文、水利設施等的實時監(jiān)測。解決我國新疆等地區(qū)由于小型水庫多、分布較為分散等問題[4-6]。從而達到對水利工程運行狀態(tài)實踐精準監(jiān)測，時時管理的目的，具有重要的工程意義。

1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡的基本構(gòu)架

1.1 OSI簡介

TCP/IP至今最成功的網(wǎng)絡通信協(xié)議,是最大的開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有可靠傳輸數(shù)據(jù)、自動檢測和避免網(wǎng)絡發(fā)生錯誤的能力。更為重要的是，TCP/IP系統(tǒng)是開放式的通訊協(xié)議，其可以保證在設備差異性較大時，依然能進行通訊。

1.2 OSI參考模型

在1983年，國際標準化組織開發(fā)了OSI模型，作為開發(fā)網(wǎng)絡的參考模型，該模型被廣泛的應用于分層的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。其七層的體系結(jié)構(gòu)如表1所示。OSI模型是表示的是每一層的功能，并不能完整的描述各層的服務和協(xié)議。并且在實際的工程中，大多數(shù)協(xié)議并不真正遵從規(guī)范。

表1 OSI的體系結(jié)構(gòu)

1.3 TCP/IP參考模型

TCP/IP模型與OSI模型相比，其更側(cè)重于互聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)據(jù)傳送，而非功能層側(cè)的劃分。騎在計算機網(wǎng)絡體系中具有重要的地位。從網(wǎng)絡的發(fā)展來看，幾乎所有的工作站都配備TCP/IP標準。從實際而言，TCP/IP模型是工業(yè)標準。由于TCP/IP模型在功能上不強調(diào)功能的劃分，其比OSI模型更為靈活，其具體比較如表2所示。

表2 模型比較

TCP/IP體系協(xié)議層次關系如圖1所示。

圖1 TCP/IP體系協(xié)議層次關系

2 水利工程遠程監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 水利工程遠程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

如圖2所示為水利工程遠程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖，由圖2可知，該遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要又WEB服務器、數(shù)據(jù)庫、路由器、防火墻以及客戶端瀏覽器等幾部分組成。其中Web服務器主要包含硬件和軟件兩部分。在水利工程常見的Web服務器硬件包括Unix工作站、PC服務器等，軟件通常為：Apache、微軟IIS等。

圖2 水利工程遠程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲

2.2 水利工程遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

整個遠程監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)、服務器子系統(tǒng)、客戶端子系統(tǒng)等三大部分組成,具體情況如圖3所示。其中，監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)的功能為現(xiàn)場監(jiān)測與控制；服務器子系統(tǒng)的功能是數(shù)據(jù)存儲與轉(zhuǎn)發(fā)；客戶端子系統(tǒng)的功能為客戶端接收與命令發(fā)送。下面對各個系統(tǒng)部分進行逐一介紹。

圖3 水利工程遠程監(jiān)控系統(tǒng)的框架

2.2.1 監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)

水利工程監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)從功能上是負責檢測現(xiàn)場各個控制節(jié)點的運行狀態(tài)以及運行數(shù)據(jù)。如閘門的開度等。在采集完數(shù)據(jù)后，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過匯總處理后，傳送到各實時監(jiān)測系統(tǒng)的主機。另一方面，現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)需要接受服務器系統(tǒng)發(fā)送過來的指令，能夠?qū)χ噶钸M行相應的解析驗證，完成相應的指令動作。水利工程監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)的網(wǎng)絡組成的網(wǎng)絡即控制網(wǎng)絡，其可以是現(xiàn)場總線組成，也可以是工業(yè)控制網(wǎng)絡組成。由于現(xiàn)場子系統(tǒng)的網(wǎng)絡與服務器子系統(tǒng)的網(wǎng)絡要求不同，想要實現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)交互，必須將控制網(wǎng)絡與信息技術之間進行融合。

2.2.2 服務器子系統(tǒng)

水利工程遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的服務器子系統(tǒng)，從功能上來講，是一個中介系統(tǒng)，其主要是由防護墻。服務器。實施檢測的工控軟件等組成。其中WEB服務器通過擴展技術顯現(xiàn)與客戶子系統(tǒng)之間的交互。服務器子系統(tǒng)與客戶端子系統(tǒng)是實現(xiàn)實施監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)的監(jiān)測與控制功能。在實際工程中，SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類型較為復雜，包含了實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、圖形、曲線等，同時SCADA系統(tǒng)要保持一定的實時性，因此SCADA系統(tǒng)采用的IIS技術以及動態(tài)服務主頁技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的動態(tài)交互。

2.2.3 客戶端子系統(tǒng)

客戶端子系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)與用戶之間直接交互的部分，其在功能上是為了實現(xiàn)用戶的輸入指令的接收，并且從扶我去中獲取檢測的數(shù)據(jù)，發(fā)送相應指令的目的，在實際工程中，客戶端子系統(tǒng)通常采用的是IE瀏覽器與WEB服務區(qū)進行交互的，因此，客戶端子系統(tǒng)不需要應用程序，僅需要借助HTML、Javascript、Java Applet等技術來處客戶端邏輯以及顯示等問題。因此，客戶端子系統(tǒng)不需要下載任何程序，僅需要下載部分組件。

3 遠程監(jiān)控技術在水利工程運行管理中實際作用

水電工程中，監(jiān)控技術的合理運用，可提供整個水利工程的運行效率，并且能夠為工程建設期的工程建設質(zhì)量提供一定的保障。在工程實際中，遠程監(jiān)控技術能夠及時檢測到水庫的水位情況，同時能夠在中心控制設備商獲取所提供的實時數(shù)據(jù)資料。工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)情況，可以準確的判定水流的流速以及水位情況，進而通過對閘門的遠程操控實現(xiàn)有效調(diào)節(jié)。

在水利工程中，存在特殊的工作環(huán)境，例如水庫的溢洪道等危險區(qū)域，在這些危險的區(qū)域，受到外界條件的限制，無法實現(xiàn)運行人員的值班值守，在此條件下需要遠程監(jiān)控設備來進行水庫狀態(tài)的實時監(jiān)測。才能夠?qū)ζ渥兓闆r作出詳細且準確的記錄，并且遠程監(jiān)控技術還能夠進行遠距離的操作，這對于中國的水利工程建設來說是具有重要作用的。

工作人員在對閘門操作時，也需要通過遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對河流的上下游狀況進行控制，并且關于水面的清潔度，也需要進行及時的清理與檢測，才能保持河道的流通順暢，而水質(zhì)的清潔又是水利工程管理的監(jiān)控內(nèi)容之一，故遠程監(jiān)控技術在河道的污染治理上也能夠起到相應作用。

4 結(jié)語

水遠程監(jiān)控技術作為水利工程運行管理的重要技術支撐。其可以實現(xiàn)對河道、水庫水文、水利設施等的實時監(jiān)測。解決我國新疆等地區(qū)由于小型水庫多、分布較為分散等的問題，對此本文從遠程監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡基本構(gòu)架出發(fā)，對水利工程中的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成進行了介紹，分析了水利工程中遠程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控現(xiàn)場子系統(tǒng)、服務器子系統(tǒng)、客戶端子系統(tǒng)等三大部分組成部分，并對遠程監(jiān)控技術在水利工程運行管理中的實際作用進行了說明。通過本文分析，可為水利工程項目的監(jiān)控系統(tǒng)設計提供參考，具有一定的工程意義。